Почему йод окрашивает крахмал в синий цвет?

Иодный тест

Использование йода для проверки наличия крахмала — распространенный эксперимент. Раствор йода (I2) и йодида калия (KI) в воде имеет светло-оранжево-коричневый цвет. Если его добавить к образцу, содержащему крахмал, например, к хлебу, изображенному на фото выше, цвет изменится на темно-синий. Но как происходит это изменение цвета?

Крахмал — это углевод, содержащийся в растениях. Он состоит из двух различных типов полисахаридов, состоящих из единиц глюкозы, которые соединены двумя различными способами. Один из них — линейная амилоза, а другой — разветвленный амилопектин (на рисунке ниже).

Амилоза — это соединение, которое отвечает за синий цвет. Ее цепочка образует форму спирали, внутри которой может быть связан йод (на фото ниже).

Передаточные комплексы

Цвета вызываются так называемыми комплексами переноса заряда (КЗ). Молекулярный йод (I2) плохо растворим в воде, поэтому к нему добавляют йодид калия. Вместе они образуют полииодид-ионы типа In–, например,  I3–, I5–, или I7–. Отрицательно заряженный йодид в этих соединениях действует как донор заряда, а нейтральный йод — как акцептор заряда. Электроны в таких комплексах с переносом заряда легко возбуждаются светом до более высокого энергетического уровня. Свет при этом поглощается, и его дополнительный цвет наблюдается человеческим глазом.

В случае водного раствора полииодидов поглощение различных видов приводит к общему коричневатому цвету. После добавления амилозы образуется другой комплекс КТ, в котором амилоза выступает в качестве донора заряда, а полииодид — в качестве акцептора. Этот комплекс поглощает свет другой длины волны, чем полииодид, и цвет становится темно-синим.

Цепочки полииодида

Точная структура полийодидов внутри амилоидной спирали неясна. Комплекс амилоза-йод является аморфным (т.е. не образует упорядоченных кристаллов), что затрудняет определение его структуры. Предполагается, что внутри спирали находятся повторяющиеся I3– или I5– единицы.

 nx– [1]. Команда исследовала родственную систему, комплекс пирролоперилен–йод, чтобы изучить его свойства как органического электронного проводника. Материал кристаллический, и поэтому команда смогла определить его структуру с помощью рентгеновской кристаллографии. Они обнаружили почти линейные полииодидные цепочки между стопками пирролоперилена. Оказалось, что материал, содержащий эти цепи, поглощает свет при очень похожих длинах волн, как и комплекс амилозы с йодом, что подтверждает гипотезу о том, что подобные полимерные цепи образуются в йодном тесте на крахмал..